CN103155367B - 用于电机模块的分叉排放系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种电机模块，所述电机模块包括具有内壁和至少一个端盖的模块壳体。所述模块能够至少部分地限定电机腔体。所述电机模块还能够包括彼此基本周向间隔开地设置且延伸穿过所述模块壳体的下部分的至少两个排放孔。所述至少两个排放孔能够提供离开所述电机腔体的靠重力供给的流体通路。

Description

用于电机模块的分叉排放系统

相关申请的交叉引用

本国际申请要求2010年10月14日提交的美国专利申请No.12/904,848的优先权，该申请的全部公开内容通过参引的方式并入本文。

背景技术

用于冷却电机的常规方法包括使冷却剂绕电机的外周缘而非在冷却套的内侧行进。冷却剂从电机的定子中汲取热量。在一些电机设计中，通过将冷却剂从冷却套直接喷射到定子端匝上而增大热量移除的水平。重力能够将所喷射的冷却剂朝向电机壳体的底部排放，并且排放孔通常位于壳体的底部附近以排出冷却剂。通常情况下，排放部位于壳体的底部的几何中心处。

但是，当尺寸被适当设定用于靠重力排放时，常见的排放部位置不容许用过的冷却剂基本蓄积在壳体的底部处。由此，定子端匝的下部区域可能过热。另外，如果电机为尖的，则过量的冷却剂能够蓄积在围绕电机的壳体内。所蓄积的冷却剂能够充斥在电机定子与电机转子之间，从而导致不利影响例如电机的较大自旋损耗和/或热故障。

发明内容

本发明的一些实施例提供了一种电机模块，所述电机模块包括包括内壁和至少一个端盖的模块壳体。所述模块壳体能够至少部分地限定电机腔体，并且电机能够被至少部分地包封在所述电机腔体内。所述电机能够包括定子和定子端匝。所述电机模块还能够包括至少两个排放孔，所述至少两个排放孔彼此基本周向间隔开地设置并且延伸穿过所述模块壳体的下部分。所述至少两个排放孔能够提供离开所述电 机腔体的靠重力供给的流体通路。

本发明的一些实施例提供了一种电机模块，所述电机模块包括具有内壁和至少一个端盖的模块壳体。所述模块壳体能够至少部分地限定电机腔体，并且电机能够被至少部分地包封在所述电机腔体内。所述电机能够包括定子和定子端匝。所述电机模块还能够包括第一和第二排放孔，所述第一排放孔沿正方向与所述模块壳体的竖直轴线成第一角度延伸穿过所述模块壳体的下部分，所述第二排放孔沿负方向与所述模块壳体的所述竖直轴线成所述第一角度延伸穿过所述模块壳体的下部分。当所述模块壳体处于基本竖直位置中时，当所述模块壳体沿第一方向从所述基本竖直位置旋转第二角度时，以及当所述模块壳体沿与所述第一方向相反的第二方向从所述基本竖直位置旋转所述第二角度时，所述第一排放孔和所述第二排放孔中的至少一个能够提供离开所述电机腔体的流体通路。

本发明的一些实施例提供了用于冷却电机模块的方法。所述方法能够包括提供包括内壁、至少一个端盖、冷却剂套和竖直轴线的模块壳体。所述模块壳体能够至少部分地限定电机腔体，并且能够将电机至少部分地包封在所述电机腔体内。所述电机能够包括：包括定子端匝并且围绕转子的定子、和在所述定子与所述转子之间限定的径向气隙。所述方法还能够包括提供多个冷却剂孔隙，所述多个冷却剂孔隙延伸穿过至少与所述电机腔体和所述冷却剂套流体连通的内壁，从而将冷却剂引入所述冷却剂套内并且使所述冷却剂从所述冷却剂套循环穿过所述多个冷却剂孔隙并且进入所述电机腔体内。所述方法还能够包括：设置沿正方向与所述竖直轴线成第一角度延伸穿过所述模块壳体的下部分的第一排放孔，设置沿负方向与所述竖直轴线成所述第一角度延伸穿过所述模块壳体的所述下部分的第二排放孔，以及以接触所述定子端匝但是保持低于所述径向气隙的蓄积冷却剂高度在所述第一排放孔与所述第二排放孔之间蓄积冷却剂。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的电机模块的正视截面图。

图2是根据本发明的另一实施例的电机模块的模块壳体的立体图。

图3是根据本发明的一个实施例的电机模块的局部侧视截面图。

图4是根据本发明的一个实施例的电机模块的另一局部侧视截面图。

图5是常规电机模块的局部侧视截面图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任意实施例之前，应当理解的是，本发明并非在其应用方面限制于在以下描述中阐释或在以下附图中图示的构造的细节和部件的布置。本发明能够为其他实施例并且能够以多种方式实施或执行。而且，应当理解的是，本文所用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应该视为限制。“包括”、“包含”、或“具有”、及其变型在本文的使用意为包括在其后所列的物件及其等同以及另外的物件。除非另外规定或限制，术语“安装”、“连接”、“支承”和“联接”及其变型被宽广地使用并且包括直接和间接的安装、连接、支承和联接。另外，“连接”和“联接”并非限于物理的或机械的连接件或联接件。

以下讨论被提供以使本领域的技术人员能够制造和使用本发明的实施例。图示实施例的各种修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且本文的一般原理能够被应用到其他实施例和应用中而不偏离于本发明的实施例。因此，本发明的实施例并非旨在受限于所示实施例，而是应当被赋予与本文所公开的原理和特征相一致的最宽范围。以下详细描述应当参照附图进行阅读，在不同附图中的相似元件具有相同的附图标记。并非必然按比例绘制的附图描绘了选取实施例而非旨在限制本发明的实施例的范围。技术人员将认识到，本文所提供的示例具有落在本发明的实施例的范围内的很多有用的替代。

图1图示了根据本发明的一个实施例的电机模块10。电机模块 10能够包括模块壳体12，模块壳体包括套筒构件14、第一端盖16和第二端盖18。在一个实施例中，模块壳体12能够由铸铝制成。电机20能够被容置在至少部分地由套筒构件14和端盖16、18限定的电机腔体22内。例如，套筒构件14和端盖16、18能够经由紧固件（未示出）或另一合适的联接方式相联以将电机20的至少一部分包封在电机腔体22内。在一些实施例中，端盖16、18能够为相同的部件。在其他实施例中，端盖16、18能够包括不同的单独结构。此外，在一些实施例中，壳体12能够包括基本包封的、基本圆筒形罐15（如图2中所示）和单个端盖（未示出）。

电机20能够包括转子24、定子26、定子端匝28、和轴承30，并且能够绕主输出轴31设置。如图1中所示，定子26能够基本包围转子24，并且径向气隙32能够被限定在转子24与定子26之间。在一些实施例中，电机20也能够包括转子毂34或者能够为“无毂”设计（未示出）。电机20能够为（不限于）电马达例如混合动力电马达、发电机、或车辆交流发电机。在一个实施例中，电机20能够为用于混合动力车辆的高电压发夹式（HVH）电机。

电机20的部件（例如但不限于转子24、定子26和定子端匝28）能够在电机20的运行期间产生热量。这些部件能够被冷却以提高电机20的性能和增加电机20的寿命。

在一些实施例中，如图1中所示，模块壳体12能够包括冷却剂套36。冷却剂套36能够基本包围或至少部分地包围定子26，并且能够包含冷却剂，例如油（例如，马达油，传动油，等）或类似的液体冷却剂流体。冷却剂套36能够与包含冷却剂的流体源（未示出）流体连通。冷却剂能够在其进入冷却剂套36内时被加压，使得其循环穿过冷却剂套36。由电机20产生的热能能够在冷却剂循环穿过冷却剂套36时传递到冷却剂中，由此冷却电机20。在一些实施例中，冷却剂能够经由冷却剂入口（未示出）被引入冷却剂套36内。在一个实施例中，冷却剂入口能够设置在模块壳体12的大体下部分附近。

在一些实施例中，冷却剂套36能够在模块壳体12的套筒构件14 或罐15内形成，其中套筒构件14或罐15的径向最内壁40能够使冷却剂套36与电机腔体22基本隔开。在其他实施例中，模块壳体12能够包括内套筒构件（未示出），而冷却剂套36能够被限定在内套筒部件与套筒部件14或罐15之间（即，使得内套筒构件形成使冷却剂套36与电机腔体22基本隔开的内壁40）。在该实施例中，例如，内套筒构件能够为定子26被压入的不锈钢环。

循环穿过冷却剂套36的冷却剂能够从如图1中所示地延伸穿过模块壳体12的内壁40的多个冷却剂孔隙38喷射或散布到电机腔体22内。多个冷却剂孔隙38能够至少与电机腔体22和冷却剂套36流体连通。多个冷却剂孔隙38能够沿着模块壳体12与定子端匝28基本相邻地轴向设置（例如，设置在模块壳体12的两个轴向端部附近）。由此，冷却剂能够从冷却剂套36穿过多个冷却剂孔隙38至少部分地散布到定子端匝28上和/或围绕定子端匝28。散布的冷却剂能够从定子端匝28接收热量，这能够导致电机20的冷却。在一个实施例中，多个冷却剂孔隙38能够绕模块壳体12的大体上部分周向设置。在另一实施例中，多个冷却剂孔隙38能够基本整个围绕模块壳体12的周缘周向设置。在其他实施例中，多个冷却剂孔隙38能够被设置以通过其他方法（例如通过位于端盖16、18中的冷却剂通道（未示出））将冷却剂散布到整个电机腔体22上。

散布的冷却剂能够由于重力而朝向电机腔体22的下部分流动。当散布的冷却剂向下流动时，其能够继续将热量从电机部件（例如单不限于定子26、转子24、转子毂34和轴承30）中移除。散布的冷却剂的至少一部分随后能够蓄积在电机腔体22的下部分附近。在蓄积到电机腔体22的下部分附近之后，冷却剂仍然能够比其相接触的电机部件（例如定子26和定子端匝28）冷很多，并且由此能够继续将热量从定子26和/或定子端匝28中移除。

在一些实施例中，模块壳体12能够包括分叉排放系统42以将蓄积的冷却剂从电机腔体22中移除。如图3中所示，分叉排放系统42能够包括延伸穿过壳体12（即，在一些实施例中穿过套筒构件14、 罐15、内套筒构件和/或端盖16、18）的排放孔44。排放孔44能够提供离开电机腔体22的靠重力供给的流体通路。在一个实施例中，至少两个排放孔44能够设置在模块壳体12的任一个轴向端部处或附近（即，至少两个排放孔44能够设置在第一轴向端部附近并且至少两个另外的排放孔44能够设置在与第一轴向端部相对的第二轴向端部处）。位于每个轴向端部处的至少两个排放孔44能够沿着模块壳体12的下部分彼此周向间隔地设置，正如图2中所示。例如，如图3和图4中所示，两个排放孔44能够各自沿正方向和负方向与壳体12的竖直轴线48以角度θ偏移（即，第一排放孔44与竖直轴线48以正角度θ偏移，而第二排放孔44与竖直轴线48以负角度θ偏移）。角度θ能够大于零度，并且在一个实施例中，角度θ能够为大约35度或更小。另外，在一些实施例（未示出）中，第一排放孔44能够与竖直轴线48沿正方向以第一角度偏移，而第二排放孔44能够与竖直轴线沿负方向以与第一角度不同的第二角度偏移。

排放孔44能够流体连接到外部冷却器（例如，热交换器，散热器等）上，使得从模块壳体12中排出的冷却剂能够被冷却并且循环回到冷却剂套36内（例如，通过冷却剂入口）。在一些实施例中，排放盘（未示出）能够收集来自排放孔44的冷却剂并且常规的连接软管等能够联接到排放盘的排放出口上以将冷却剂引导到外部冷却器和/或泵上。

如图4中所示，散布的冷却剂能够沿着定子端匝28向下流动，从而将热能从端匝28中移除，直到重力使其从定子端匝28朝向电机腔体22的底部滴落（或掉落）。如图5中所示，常规的电机模块包括位于电机壳体的底部的几何中心处的排放部。如图5中所示，在单个排放部附近在冷却剂的掉落点与冷却剂蓄池47之间存在区域46，在该区域46，定子端匝28并非直接由冷却剂冷却。在一些应用中，该区域46的不充分冷却（即，由于与冷却剂的最小接触）能够导致定子端匝28过热。如图3和图4中所示，分叉排放系统42能够容许另外的冷却剂蓄积在电机腔体22内（例如，至少在第一排放孔44与第 二排放孔44之间）。由此，当与单个、中央排放部进行比较，能够通过使用分叉排放系统42而获得额外的冷却，这是由于更大的冷却剂蓄池47能够容许更多的冷却剂与定子端匝28相接触。另外，如图4中所示，分叉排放系统42和所生成的更大冷却剂蓄池47能够减小其中定子端匝28未与冷却剂直接接触的区域46，从而最大限度地减小定子端匝28过热的风险。

通过角度偏移和轴向偏移，在电机20向前和向后倾斜或者朝向一侧或另一侧倾斜的情况下，排放孔44能够容许分叉排放系统42的基本正常的功能。在一些实施例中，排放孔44能够轴向向内更靠近定子26设置（例如，比模块壳体12的轴向端部）以最大限度减小电机20在冷却剂排放部上的侧向倾斜的影响。

在一些实施例中，排放孔44的角位移（即，角度θ的大小）能够基于电机腔体22的尺寸、冷却剂蓄积的期望量、和其他因素（例如电机20旨在被使用的应用以及在这种应用中将期望的倾斜程度）而选取。例如，排放孔44能够与竖直轴线48周向间隔开地设置以容许冷却剂蓄池47足够深以提供对定子端匝28中的至少一些的最优冷却，但是足够浅以不会在期望的倾斜期间充斥径向气隙32（即，使得冷却剂蓄池的深度或高度保持低于径向气隙32）。

在另一示例中，排放孔44能够被偏移以容许冷却剂蓄池47足够深以提供对定子端匝28中的至少一些的最优冷却，容许在所期望的倾斜期间基本恒定的排放，并且在电机模块10的倾斜角度范围内将冷却剂蓄积高度保持为低于气隙32，正如图4中所示。在一些实施例中，所期望的倾斜的范围能够为从电机模块10的基本竖直位置（即，零度旋转）至从沿前向方向和后向方向均与基本竖直位置成第二角度或角度值。由于彼此轴向间隔开且与竖直轴线48基本偏移的两个排放孔44，因此当电机模块10从基本竖直位置沿前向方向倾斜或旋转达第二角度使得冷却剂蓄池高度维持低于气隙32时，至少第一排放孔44能够提供用于冷却剂排放的流体通路（即，用于冷却剂离开电机腔体22）。类似地，当电机模块10从基本竖直位置沿后向方向倾斜 或旋转达第二角度使得冷却剂蓄池高度维持低于气隙32时，至少第二排放孔44能够提供用于冷却剂排放的流体通路。当电机模块10设置在基本竖直位置中时，第一排放孔44和/或第二排放孔44能够提供用于冷却剂排放的流体通路。

此外，在一些实施例中，排放孔44的角位移能够是基于电机20的运行温度范围。例如，在一个实施例中，分叉排放系统42能够在电机20的基本整个运行温度范围上工作，而不管温度可能具有对冷却剂的粘度和流动速率的影响。

此外，在一些实施例中，每个排放孔44的直径能够是基于电机腔体22的尺寸、冷却剂进入电机腔体22内的流动速率和/或其他因素而选取。在一些实施例中，每个排放孔44的直径能够介于大约10毫米与大约30毫米之间。

应当由本领域的技术人员理解的是，尽管已经在上面结合具体的实施例和示例描述了本发明，但是本发明并非必然地如此限制，并且各种其他实施例、示例、使用、修改以及与该实施例、示例和使用的偏离旨在由所附权利要求包括。在下面的权利要求中阐释了本发明的各种特征和优点。

Claims (1)

1.一种电机模块，包括：

模块壳体，所述模块壳体包括内壁和至少一个端盖，所述模块壳体至少部分地限定电机腔体，所述模块壳体包括竖直轴线；

电机，所述电机被至少部分地包封在所述电机腔体内，所述电机包括定子和定子端匝；

第一排放孔，所述第一排放孔延伸穿过所述模块壳体的下部分并且沿逆时针方向与所述竖直轴线成第一角度设置；和

第二排放孔，所述第二排放孔延伸穿过所述模块壳体的所述下部分并且沿顺时针方向与所述竖直轴线成所述第一角度设置；

当所述模块壳体沿第一方向从基本竖直位置旋转第二角度时，以及当所述模块壳体沿与所述第一方向相反的第二方向从所述基本竖直位置旋转所述第二角度时，所述第一排放孔和所述第二排放孔中的至少一个提供离开所述电机腔体的靠重力供给的流体通路，其中，所述第一排放孔和所述第二排放孔沿着所述模块壳体的下部分基本周向远离所述竖直轴线设置以容许冷却剂至少在所述第一排放孔与所述第二排放孔之间蓄积在所述电机腔体内，所述第一排放孔和所述第二排放孔中的至少一个提供用于所述冷却剂离开所述电机腔体的靠重力供给的所述流体通路，并且其中，冷却剂在所述电机腔体内的容许蓄积的高度基本到达位于所述第一排放孔与所述第二排放孔之间的定子端匝。